Способность саламандр и головастиков полностью восстанавливать утраченные конечности давно считается одной из самых загадочных особенностей живой природы. Новое исследование показывает, что ключевую роль в этом процессе играет реакция клеток на кислород, пишет Phys.org.

Оказалось, что именно механизмы чувствительности к кислороду определяют, запускается ли программа регенерации после травмы. Эксперименты показали, что при пониженном содержании кислорода активируется белок HIF1A, который включает регенеративные программы — заживление ран и восстановление тканей.

Группа под руководством Джана Азтекина, ранее работавшего в EPFL, а ныне в лаборатории Фридриха Мишера Общества Макса Планка, сравнила ампутированные конечности лягушачьих головастиков и мышиных эмбрионов, культивируемых в условиях контролируемого уровня кислорода. При снижении концентрации кислорода для имитации водной среды клетки конечностей мышиных эмбрионов быстрее затягивали раны, становились более подвижными и переключали метаболизм на гликолиз — всё это характерно для регенерации, а не для образования рубцов.

В основе механизма лежит белок HIF1A, выполняющий роль клеточного датчика кислорода. В условиях гипоксии HIF1A стабилизируется и активирует генетические программы, связанные с восстановлением тканей.

Искусственная стабилизация HIF1A в клетках мышей воспроизводила те же эффекты даже при нормальном уровне кислорода. Кроме того, низкое содержание кислорода изменяло химические метки на белках, упаковывающих ДНК: подавляющие сигналы отключались, а гены, необходимые для регенерации, активировались.

Головастики лягушек, напротив, демонстрировали устойчивую регенерацию в широком диапазоне условий насыщения кислородом — даже при уровнях, превышающих атмосферные. Их клетки поддерживают стабильную активность HIF1A, поскольку в них экспрессируется меньше генов, которые в норме подавляют ответ на гипоксию. Распространив анализ на аксолотлей и данные по человеку, исследователи обнаружили, что у регенерационно-компетентных амфибий чувствительность к кислороду неизменно снижена, тогда как у млекопитающих она повышена и быстро подавляет регенеративные пути вскоре после травмы.

В исследовании удалось активировать ранние регенеративные механизмы в эмбриональной ткани мышей, но не полное воссоздание функциональной конечности.

Тем не менее данная работа переосмысливает давний биологический вопрос, предполагая, что граница между видами, способными к регенерации, и теми, у которых образуются рубцы, может оказаться более подвижной, чем считалось ранее.

Кконечности млекопитающих сохраняют скрытый регенеративный потенциал на ранних стадиях в зависимости от того, как клетки реагируют на сигналы окружающей среды, такие как кислород. «Это означает, что нацеливание на пути восприятия кислорода может улучшить заживление ран или регенеративные реакции у человека», — уверены авторы. Пока они продолжают тестировать свою гипотезу, чтобы приблизиться к созданию новых методов лечения в регенеративной медицине.

Ранее другое исследование изменило представление ученых о регенерации кишечника.